魏紹軍 張軒軼 蔡雨

（北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）

北京地鐵9號(hào)線復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山法施工地表沉降分析

魏紹軍 張軒軼 蔡雨

（北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）

北京地鐵9號(hào)線大部分地層為砂卵石地層，局部為礫巖、泥巖、粘土層和砂層，本文主要對(duì)不同地層下礦山法的地表沉降進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。某礦山法區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段地下水問題較大，現(xiàn)場(chǎng)采用水平旋噴樁和深孔注漿堵水兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比，通過地表沉降監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)巡查手段，為建設(shè)單位最終選擇施工方案提供了數(shù)據(jù)支持。該區(qū)間停車線段中間是礦山線大斷面（寬12.1m，高9.7m，6部CRD法施工），兩邊是左線、右線礦山法標(biāo)準(zhǔn)段，本文摸索了沉降的變形規(guī)律，并結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其施工的個(gè)別環(huán)節(jié)提出了相關(guān)建議，最終順利完成了施工。

地鐵監(jiān)測(cè)；地表沉降；水平旋噴樁；礦山法大斷面；砂卵石地層

1 北京地鐵9 號(hào)線工程概況

1.1 線路概況

北京地鐵9號(hào)線工程整體呈南北走向，全長(zhǎng)約16.4km，全部為地下線路，共設(shè)車站13座，主要分布在豐臺(tái)區(qū)和海淀區(qū)，線路起于豐臺(tái)區(qū)郭公莊站，沿萬壽路南延段向北一直到廣安路路口，右轉(zhuǎn)穿過六里橋至羊坊店路，向北穿過北京西客站及玉淵潭公園，沿首都體育館南路繼續(xù)向北，接入M4線白石橋站。

1.2 工程、水文地質(zhì)情況

（1）工程地質(zhì)條件：北京地鐵9號(hào)線線路位于北京西部永定河沖洪積扇的中上部，線路穿越的地層在西客站以南部分以砂卵石地層為主，西客站以北以第三系泥巖、礫巖和砂卵石地層為主[1]。

砂卵石地層是一種典型的力學(xué)不穩(wěn)定地層，其基本特征是結(jié)構(gòu)松散、無膠結(jié)，呈大小不等的顆粒狀。這種地層擾動(dòng)反映靈敏，很容易受開挖影響破壞原來的相對(duì)穩(wěn)定或平衡狀態(tài)，使開挖面和洞壁失去約束而失穩(wěn)[2]。

（2）水文地質(zhì)條件：沿線潛水水位標(biāo)高在19.03～24.00m之間，水位埋深在21.49～28.30m之間（北京西客站以南水位均在結(jié)構(gòu)以下），玉淵潭一帶由于接受引水渠及湖水的補(bǔ)給，地下水位較高，水位埋深為9.60m，水位標(biāo)高為38.89m（西軍區(qū)間和軍事博物館站受影響較大）。

2 不同地層條件下礦山法施工地表沉降分析

2.1 復(fù)合地層條件下礦山法施工地表沉降分析

北京地鐵9號(hào)線北京西客站～軍事博物館區(qū)間采用礦山法施工，標(biāo)準(zhǔn)段（馬蹄形標(biāo)準(zhǔn)斷面）施工中地下水問題較大，深孔注漿和水平旋噴樁工藝進(jìn)行比選；停車線段為礦山法大斷面（寬12.1m，高9.7m），采用CRD工法，6部開挖，上部為砂層和粉質(zhì)粘土層，中部為粉質(zhì)粘土層，下部為粉質(zhì)粘土層和礫巖層。

（1）標(biāo)準(zhǔn)段施工：區(qū)間中間位置設(shè)置豎井和橫通道，橫通道進(jìn)正線施工時(shí)，掌子面前方滲水極大，每小時(shí)達(dá)到8、9方水，地下水問題較大，現(xiàn)場(chǎng)采用深孔注漿堵水和施作水平旋噴樁兩種方案進(jìn)行對(duì)比，如圖1～2。

圖1 橫通道進(jìn)正線涌水較大

①深孔注漿堵水情況下的地表沉降控制

圖2 水平旋噴樁施工

掌子面180°范圍內(nèi)進(jìn)行深孔注漿，間距30～50cm，仰角10～18°，每15m做一循環(huán)，開挖約12m。沉降曲線如圖3所示。

圖3 深孔注漿工藝下典型地表沉降測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖

深孔注漿堵水情況下，拱頂仍有一定滲水，工作面環(huán)境較差，且未能有效地抑制地表沉降，從開始沉降到沉降趨于穩(wěn)定，差不多要經(jīng)歷10個(gè)月時(shí)間，且累計(jì)變形大多超過20mm，最大累計(jì)變形值能達(dá)到25mm。

②施作水平旋噴樁情況下的地表沉降控制

掌子面180度范圍內(nèi)施作水平旋噴樁，樁長(zhǎng)30m，樁徑800mm，咬合約1/5，每30m做一循環(huán)，開挖約27m[3]。沉降曲線如圖4所示。

圖4 水平旋噴樁工藝下典型地表沉降測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖

施作水平旋噴樁后，加強(qiáng)了掌子面拱頂?shù)姆€(wěn)定性，并且極大地減少了拱頂?shù)臐B漏水情況，有效地控制了沉降，最大累計(jì)變形值在15mm內(nèi)（控制值30.0mm）。

經(jīng)過近10個(gè)月對(duì)地表沉降測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，通過比較分析，認(rèn)為施作水平旋噴樁相對(duì)于深孔注漿堵水更有利于對(duì)沉降的控制，且工作面環(huán)境大大優(yōu)于后者，因此建設(shè)單位最終選定水平旋噴樁方案。

（2）停車線段施工：9號(hào)線左線、右線和7號(hào)線停車線下穿羊坊店路1號(hào)過街通道。過街通道為鋼筋混凝土裝配式閉合框架結(jié)構(gòu)。通道全長(zhǎng)29m，主通道長(zhǎng)19m，兩端設(shè)伸縮縫，通道底板為現(xiàn)澆，側(cè)墻及部分頂板預(yù)制拼裝。

圖5 9號(hào)線左線、右線和7號(hào)線停車線下穿羊坊店路1號(hào)過街通道剖面示意圖

①前期現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行降水施工，降水引起通道沉降測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形在4mm左右。隨后兩側(cè)的9號(hào)線左線、右線標(biāo)準(zhǔn)段依次下穿1號(hào)過街通道，通道沉降累計(jì)變形最大為-12mm，大部分在8mm內(nèi)。

②7號(hào)線停車線大斷面下穿1號(hào)過街通道（斷面寬12.1m，高9.7m，CRD法，分6部開挖，上部為砂層和粉質(zhì)粘土層，中部為粉質(zhì)粘土層，下部為粉質(zhì)粘土層和礫巖），通道沉降測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)變形為-18.2mm，之后施工單位對(duì)通道進(jìn)行過補(bǔ)償注漿，3個(gè)月后通道沉降趨于穩(wěn)定，最終通道最大累計(jì)沉降值為-18.5mm（控制值30mm）[4]。由圖6結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及工況分析可知，后施工的中間的礦山法大斷面對(duì)通道的沉降影響比先施工的兩側(cè)9號(hào)線左線、右線對(duì)通道的沉降影響要大。大斷面分6部CRD法施工，當(dāng)開挖3、4部時(shí)階段影響最大（先開挖1、2部）。上面的3部有砂層，因此注意超前注漿效果，并注意保持各部的開挖步距，初支背后及時(shí)回填注漿，最大限度的分階段分部控制沉降。當(dāng)各階段沉降超標(biāo)時(shí)，應(yīng)邊開挖邊補(bǔ)償抬升[5]，限制大幅沉降（如圖7）。

圖6 西軍區(qū)間下穿1號(hào)過街通道沉降測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖7 大斷面開挖步序圖

沉降最大位置發(fā)生在中間7號(hào)線停車線大斷面上方，累計(jì)沉降最大達(dá)到60mm，9號(hào)線左線、右線標(biāo)準(zhǔn)段上方地表累計(jì)沉降能達(dá)到30mm，標(biāo)準(zhǔn)段和大斷面施工存在交叉影響（標(biāo)準(zhǔn)段先施工），沉降槽影響范圍及沉降情況如圖8所示。

2.2 無水砂卵石地層條件下礦山法施工地表沉降情況

郭公莊～豐臺(tái)科技園區(qū)間暗挖段、豐南～豐東區(qū)間、豐北～六里橋區(qū)間暗挖段、六里橋～太平橋區(qū)間暗挖段、太平橋～北京西客站區(qū)間、東釣魚臺(tái)～白石橋南區(qū)間暗挖段、白石橋南～國家圖書館區(qū)間，均采用礦山法施工，主要為無水砂卵石地層，地表沉降累計(jì)沉降值一般在20mm以內(nèi)（控制值一般為30mm）。

圖8 地表沉降測(cè)點(diǎn)斷面圖

圖9 北京地鐵9號(hào)線某區(qū)間在無水砂卵石條件下地表沉降測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖

無水砂卵石地層條件下礦山法施工，卵石地層增大了管棚、超前小導(dǎo)管成孔難度。大卵石侵界對(duì)初期支護(hù)帶來較大影響，拱部施工盡可能避開大卵石，特殊情況下需要多榀一支，甚至切割初支拱架，勢(shì)必影響初支受力。

該地層滲透性強(qiáng)，注漿施工時(shí)應(yīng)選擇合適的漿液配比和施工工藝，采用經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)相結(jié)合的方法。

該地層相對(duì)來說容易開挖，施工進(jìn)度相對(duì)較快，但容易掌子面失穩(wěn)，因此超前注漿的效果、及時(shí)封閉成環(huán)、初支背后回填注漿比較關(guān)鍵。

2.3 無水礫巖、泥巖地層條件下礦山法施工地表沉降情況

軍事博物館～東釣魚臺(tái)區(qū)間暗挖段為礦山法施工，主要為無水第三系礫巖、泥巖地層，地層比較穩(wěn)定，難開挖，施工進(jìn)度相對(duì)較慢，沉降很好控制，累計(jì)沉降最大值約為-10.2mm（控制值30mm）。

圖10 開挖的礫巖層

圖11 開挖的泥巖層

3 結(jié)束語

（1）使用無水砂卵石地層條件下礦山法施工時(shí)，大卵石侵界對(duì)初期支護(hù)帶來較大影響。由于地層滲透性強(qiáng)，注漿施工時(shí)應(yīng)選擇合適的漿液配比。及時(shí)封閉成環(huán)、初支背后回填注漿是該地層超前注漿的關(guān)鍵。

（2）在不具備降水條件時(shí)，區(qū)間隧道上方可采用施作水平旋噴樁方案，加強(qiáng)掌子面拱頂?shù)姆€(wěn)定性，將極大地減少了拱頂?shù)臐B漏水情況，相比于深孔注漿堵水方案更有利于對(duì)沉降的控制，且可以創(chuàng)造更有利的工作面環(huán)境。

（3）大斷面CRD法施工對(duì)地表沉降的階段影響最大，應(yīng)注意保持開挖步距，最大限度在每步開挖時(shí)分部控制沉降，邊開挖邊補(bǔ)償抬升。

[1]劉永勤，金淮，高濤，鐘巧榮.北京地鐵九號(hào)線沿線卵石地層特性研究[J].工程勘察，2011（8）.

[2]孔恒，張汎，汪波.砂卵石地層盾構(gòu)隧道關(guān)鍵施工技術(shù)[A].北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2005.

[3]于家寶.水平旋噴樁預(yù)支護(hù)施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2003.

[4]張軒軼，馬雪梅，葉東輝.復(fù)雜條件下的礦山法區(qū)間風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控及沉降規(guī)律[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（S2）.

[5]王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

U231+.3

A

1004-7344（2016）02-0120-02

2015-12-22

魏紹軍（1986-），男，工程師，本科，主要從事地鐵監(jiān)測(cè)工作。